JP6504033B2 - 成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、粉粒体を圧縮して成膜する成膜装置に関するものである。

成膜装置に関して、粉粒体を圧縮することによりシート状物を成膜するものが知られている。この種の成膜装置の１つとして、所定の間隔で互いに平行に配置され、異なる回転速度（周速度）で回転駆動される一対のロールと、その一対のロール間（対面位置）に粉粒体を供給するホッパとを備えているものがある。そして、この成膜装置では、ホッパから一対のロール間に供給された粉粒体を、一対のロールで圧縮成形することにより、シート状物を成膜している（特許文献１参照）。

特開２０１３−０７７５６０号公報

しかしながら、上記の成膜装置では、一対のロールの回転速度（周速度）に速度差があるため、図７に示すように、成膜されたシート状物が速度の速い方のロール側へ引っ張られるため、シート状物に対してせん断応力が作用する。そのため、粉粒体の展延性が不足している場合には、作用するせん断応力に耐えられずにシート状物において塗膜切れが発生し成膜不良となるおそれがあった。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、成膜されるシート状物に塗膜切れが発生することを抑制することができる成膜装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、所定の間隔で対向配置された、第１ロールと前記第１ロールより回転速度が速い第２ロールとを備え、これらのロール間へ粉粒体を重力落下により鉛直方向から供給して前記粉粒体を圧縮成形することによりシート状物を成膜する成膜装置において、前記第１ロールと前記第２ロールとは同一径であり、前記第２ロールは、その中心軸が前記第１ロールの中心軸に対して水平方向から０°より大きく９０°未満の範囲内で、前記第１ロールよりも上側に配置されていることを特徴とする。

この成膜装置では、所定の間隔で対向配置された第１ロールと第２ロールによって、ロール間に供給される粉粒体を圧縮成形することによりシート状物が成膜される。そして、第２ロールの回転速度（周速度）が第１ロールの回転速度（周速度）よりも速く設定されているため、粉粒体を圧縮成形することにより成膜されたシート状物は、速度の速い方の第２ロールに付着する。このとき、成膜されたシート状物には、せん断応力が発生しており、回転速度が遅い方の第１ロール側には、引張応力が加わっている。そのため、シート状物の展延性が不足している場合、塗膜切れが発生するおそれがある（図７参照）。

ところが、この成膜装置では、第２ロールが、その中心軸が第１ロールの中心軸に対して水平方向から０°より大きく９０°未満の範囲内で、第１ロールよりも上側に配置されている。これにより、回転速度が遅い方の第１ロール側への粉粒体の落下方向の供給口面積を大きくすることができる（図３参照）。これにより、回転速度が遅い方の第１ロール側への粉粒体の供給量を増やすことができる。その結果として、回転速度が遅い方の第１ロール側の塗膜密度を向上させることができ、展延性が不足しているシート状物に対しても、塗膜切れの発生を抑制することができる。

本発明に係る成膜装置によれば、上記した通り、成膜されるシート状物に塗膜切れが発生することを抑制することができる。

実施形態に係る成膜装置の概略構成図である。 第１ロールと第２ロールとの対向部分を拡大した拡大図である。 粉粒体の落下方向における供給口面積についての説明図である。 本実施形態の成膜装置で成膜した場合の成膜状態を示す図である。 従来の成膜装置で成膜した場合の成膜状態を示す図である。 図５に示す画像に画像処理を施した結果を示す図である。 ロールの速度差によりシート状物に対してせん断応力が作用することを示す概念図である。

以下、本発明の成膜装置を具体化した実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。本実施形態では、電極板の製造に本発明を適用した場合について説明する。そこで、本実施形態に係る成膜装置（電極板製造装置）について、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る成膜装置の概略構成図である。図２は、第１ロールと第２ロールとの対向部分を拡大した拡大図である。図３は、粉粒体の落下方向における供給口面積についての説明図である。

本実施形態に係る成膜装置１は、図１に示すように、第１ロール１０と、第２ロール２０と、第３ロール３０と、粉粒体供給部４０とを有している。そして、成膜装置１は、粉粒体供給部４０から供給される粉粒体１３０を、第１ロール１０と第２ロール２０とによって圧縮成形したシート状物としての活物質層１２０を成膜するようになっている。なお、図１において、上下方向が鉛直方向であり、重力は下向きに作用している。

第１ロール１０及び第２ロール２０は、粉粒体供給部４０から供給される粉粒体１３０を、シート状に圧縮成形する同一径のプレスロールである。そして、第２ロール２０が、その中心軸２０Ｏが第１ロール１０の中心軸１０Ｏに対して水平方向からα（０°＜α＜９０°）だけ、第１ロール１０よりも上側に配置されている。すなわち、第１ロール１０及び第２ロール２０は、それぞれの外周面１１，２１が第１対面位置Ａにおいて互いに対面した状態で、上下方向にずれて配置されている。

このような第１ロール１０及び第２ロール２０は、軸間距離が一定の間隔となるように保持されている。また、第１対面位置Ａにおける第１ロール１０の外周面１１と第２ロール２０の外周面２１との間には、所定の隙間（成膜する膜厚相当）が設けられている。

第３ロール３０は、第１ロール１０及び第２ロール２０によって成形された活物質層１２０を、基材である集電箔１１０に転写する転写ロールである。この第３ロール３０の外周面３１には、集電箔１１０が巻き掛けられており、第３ロール３０は、第１ロール１０や第２ロール２０と干渉しない位置で、且つ、活物質層１２０を集電箔１１０に転写できる位置関係であればどこに配置されていてもよく、一例として、第２ロール２０の直下に配置されている。そして、第３ロール３０は、第２ロール２０との軸間距離が一定の間隔となるように保持されている。また、第２対面位置Ｂにおける第２ロール２０の外周面２１と第３ロール３０の外周面３１との間には、所定の隙間（製造する電極板の厚さ相当）が設けられている。

粉粒体供給部４０は、内部に収容している粉粒体１３０を重力落下により、鉛直方向から第１ロール１０と第２ロール２０との間（後述する加工領域）に供給するものである。粉粒体供給部４０は、図１に示すように、第１ロール１０及び第２ロール２０が対面している第１対面位置Ａの上方に設けられている。このため、粉粒体供給部４０は、第１対面位置Ａの上方より、粉粒体１３０を第１対面位置Ａへ供給するようになっている。

粉粒体１３０は、活物質層１２０を形成するための粉末の材料を含むものである。本実施形態の粉粒体１３０は、活物質１２１と結着材１２２とを含んでいる。また、本実施形態の粉粒体１３０における粒子は、活物質１２１と結着材１２２とを造粒してなる造粒粒子である。

そして、第１ロール１０、第２ロール２０、第３ロール３０は、電極板１００を製造する際には、それぞれ回転するものである。図１には、第１ロール１０、第２ロール２０、第３ロール３０の各回転方向をそれぞれ矢印により示している。図１に示すように、第１ロール１０及び第３ロール３０の回転方向は時計回りであり、第２ロール２０の回転方向は反時計回りである。すなわち、対向配置された第１ロール１０と第２ロール２０、第２ロール２０と第３ロール３０は、それぞれ逆方向に回転するようになっている。

ここで、第１ロール１０の回転速度（周速度）と第２ロール２０の回転速度（周速度）が異なっており、第２ロール２０が第１ロール１０よりも速く回転するようになっている。これにより、第１ロール１０及び第２ロール２０によって粉粒体１３０が圧縮されてシート状に成形された活物質層１２０が、第２ロール２０の外周面２１に付着するようになっている。

なお、第１ロール１０及び第２ロール２０によって粉粒体１３０が圧縮成形される領域（加工領域）は、図２に示すように、回転方向において、第１対面位置Ａから所定寸法だけ回転方向上流側（上側）の位置Ｃ（第１対面位置Ａから角度θだけ上側）までの範囲となる。また、加工領域は、軸方向（紙面前後方向）においては所定の長さ範囲（成膜する活物質層の幅相当）となる。このような範囲の加工領域において、粉粒体供給部４０から供給された粉粒体１３０が、第１ロール１０及び第２ロール２０によって圧縮成形されるのである。なお、図２には、従来の成膜装置のロール配置についても二点鎖線で参考に記載している。

図１に戻って、第３ロール３０の外周面３１には、前述したように、基材としての集電箔１１０が巻き掛けられている。集電箔１１０は、第２面１１２側を第３ロール３０の外周面３１に向けた状態で、第３ロール３０に巻き掛けられている。このため、集電箔１１０は、第３ロール３０の回転により搬送されるようになっている。

また、集電箔１１０の第１面１１１は、第２対面位置Ｂにおいて、第２ロール２０の外周面２１に対面している。なお、本実施形態の第３ロール３０は、第２対面位置Ｂにおける集電箔１１０の第１面１１１の移動速度が、第２ロール２０の周速度よりも速くなる周速度で回転するようになっている。これにより、第２対面位置Ｂにおいて、第２ロール２０に付着（成膜）されて搬送されてきた活物質層１２０が、第３ロール３０に巻き掛けられている集電箔１１０の第１面１１１に転写されるようになっている。

次に、上記の成膜装置１の動作（電極板１００の製造）について説明する。まず、粉粒体供給部４０により、粉粒体１３０が第１対面位置Ａ（加工領域）に供給される。このとき、粉粒体１３０は重力落下により第１対面位置Ａに供給される。第１対面位置Ａに供給された粉粒体１３０は、第１ロール１０及び第２ロール２０の回転によって、第１ロール１０と第２ロール２０との隙間を通過しつつ、その隙間の通過時に第１ロール１０及び第２ロール２０によって加圧（圧縮）される。この加圧により、粉粒体１３０中の各粒子同士が、粉粒体１３０中の結着材１２２等の作用によって結着される。これにより、第１対面位置Ａを通過した粉粒体１３０は、シート状に成形される。

そして、第１対面位置Ａにおいて第１ロール１０及び第２ロール２０によって加圧された粉粒体１３０は、第１ロール１０の外周面１１及び第２ロール２０の外周面２１のうち、第１対面位置Ａにおける移動速度が速い方の面に付着する。そのため、第１対面位置Ａを通過した粉粒体１３０は、図１に示すように、第２ロール２０の外周面２１上にシート状の活物質層１２０となって付着する。そして、第２ロール２０の外周面２１上に付着した活物質層１２０は、第２ロール２０の回転により、第２対面位置Ｂへと搬送される。

ここで、第２ロール２０の外周面２１上に活物質層１２０が付着するときに、活物質層１２０に対してせん断応力が作用する。そのため、回転速度（周速度）が遅い方の第１ロール１０側において、引張応力が発生し、活物質層１２０の展延性が不足している場合には、塗膜切れが発生するおそれがある（図７参照）。

しかしながら、成膜装置１では、第２ロール２０が、その中心軸２０Ｏが第１ロール１０の中心軸１０Ｏに対して水平方向からα（０°＜α＜９０°）で、第１ロール１０よりも上側に配置されている。これにより、図３に示すように、回転速度が遅い方の第１ロール１０側への粉粒体１３０の落下方向における供給口面積を大きくすることができる。その結果として、回転速度が遅い方の第１ロール１０側の塗膜密度を高めることができるため、同等の展延性の活物質層１２０であった場合にも、塗膜切れが発生することを抑制することができる。

ここで、成膜装置１において粉粒体１３０の落下方向における供給口面積が、従来の成膜装置に比べて大きくなる理由について、図３を参照しながら説明する。図３に示すように、第１ロール１０（第２ロール２０）の半径をＲ、加工領域の軸方向（紙面前後方向）長さをＬとすると、従来の水平配置された成膜装置では、粉粒体１３０の供給口面積は「（Ｒ−Ｒｃｏｓθ）Ｌ」となる。一方、本実施形態の成膜装置１においては、粉粒体１３０の供給口面積は「（Ｒｃｏｓα−Ｒｃｏｓ（α＋θ））Ｌ」となる。

例えば、第１ロール１０及び第２ロールの半径ＲがＲ＝１００ｍｍ、角度θがθ＝５°であるとすると、α＝１０°の場合には供給口面積が、従来の成膜装置では「０．３８１Ｌ」であるのに対し成膜装置１では「１．８８８Ｌ」となり約５倍になる。また、α＝２０°の場合には供給口面積が、成膜装置１では「３．３３８Ｌ」となり約９倍になる。また、α＝３０°の場合には供給口面積が、成膜装置１では「４．６８７Ｌ」となり約１２倍になる。このように、第２ロール２０を第１ロール１０に対して水平方向から角度αだけ上側に配置することにより、粉粒体１３０の落下方向における供給口面積が大きくなるのである。

そして、成膜装置１においてα＝１０°に設定した場合と、従来の成膜装置（α＝０°）とにおいて、第１対面位置Ａの下流側における成膜状態を調べたので、その結果を図４〜図６に示す。図４は、本実施形態の成膜装置１で成膜した場合の成膜状態を示す図である。図５は、従来の成膜装置で成膜した場合の成膜状態を示す図である。図６は、図５に示す画像に画像処理を施した結果を示す図である。

図４及び図５に示す画像は、同―タイミングのものを、それぞれの装置において５枚ずつ抜き出したものである。図４及び図５から明らかなように、従来の成膜装置では塗膜切れが発生しているが、成膜装置１（α＝１０°）によれば活物質層１２０の塗膜切れの発生が抑制されていることがわかる。

ここで、定量的に比較するために、各画像に対して同一の解析エリア（第１対面位置Ａより下流側の所定範囲）を設定し、２値化による画像処理を施し、塗膜切れの発生割合（面積割合）を算出した。本実施形態では、解析エリアの全ピクセル数が３０６０００である。そして、解析エリア内の平均塗膜切れピクセル数が、従来の成膜装置（α=０°）では１１８４０７であったのに対し、成膜装置１（α＝１０°）では０であった。従って、塗膜切れの発生割合（面積割合）は、従来の成膜装置（α=０°）では３８．７％であるのに対して、成膜装置１（α＝１０°）では０％となった。すなわち、成膜装置１（α＝１０°）によれば、活物質層１２０の塗膜切れの発生を防止することができた。

このようにして成膜装置１で成膜されることにより、塗膜切れのない活物質層１２０が形成される。そして、その活物質層１２０は、図１に示すように、第２ロール２０によって第２対面位置Ｂへと搬送される。第２対面位置Ｂでは、集電箔１１０が搬送により通されている。このため、第２ロール２０の回転により第２対面位置Ｂへと到達した活物質層１２０は、集電箔１１０とともに隙間を通過する。その隙間を通過する際に、集電箔１１０及び活物質層１２０は、その厚み方向に第２ロール２０及び第３ロール３０に加圧される。また、第２対面位置Ｂにおいて、活物質層１２０が、第２ロール２０の外周面２１上から集電箔１１０の第１面１１１上に転写される。かくして、電極板１００が製造される。

以上、詳細に説明したように本実施形態に係る成膜装置１によれば、第２ロール２０が、その中心軸２０Ｏが第１ロール１０の中心軸１０Ｏに対して水平方向からα（０°＜α＜９０°）で、第１ロール１０よりも上側に配置されている。これにより、図３に示すように、回転速度が遅い方の第１ロール１０側への粉粒体１３０の落下方向における供給口面積が大きくなり、粉粒体１３０の供給量が増えるため、回転速度が遅い方の第１ロール１０側の塗膜密度の低下を防止することができる。従って、活物質層１２０に塗膜切れが発生することを抑制することができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

１ 成膜装置
１０ 第１ロール
１０Ｏ 中心軸
２０ 第２ロール
２０Ｏ 中心軸
３０ 第３ロール
４０ 粉粒体供給部
１００ 電極板
１２０ 活物質層
１３０ 粉粒体

Claims (1)

1. 所定の間隔で対向配置された、第１ロールと前記第１ロールより回転速度が速い第２ロールとを備え、これらのロール間へ粉粒体を重力落下により鉛直方向から供給して前記粉粒体を圧縮成形することによりシート状物を成膜する成膜装置において、
   前記第１ロールと前記第２ロールとは同一径であり、
   前記第２ロールは、その中心軸が前記第１ロールの中心軸に対して水平方向から０°より大きく９０°未満の範囲内で、前記第１ロールよりも上側に配置されている
   ことを特徴とする成膜装置。